kuva: Ilpo Koskinen
➤
Professori Mikko Samsin ryhmä tutkii ihmisen kognitiivisia toimintoja, siis korkeimpia henkisiä toimintoja, kuten puheen havaitsemista ja tuottamista, tarkkaavaisuutta ja yleensä aistiinformaation käsittelyä. Keskeisenä tutkimusalueena on se, miten aivot yhdistävät eri aisteilta tulevan informaation.
resoluutio, EEG:llä taas hyvä aikaresoluutio mutta epätarkka paikkaresoluutio.” ”EEG:n ja MRI:n yhteismittaus on kuitenkin hyvin vaativaa – niin teknisesti kuin käytännön mittauksenakin. Ja erityisen vaativaa on näillä eri mittauksilla saatavan informaation tehokas yhdistäminen”, Sams toteaa. MRI:llä tarkkoja funktionaalisia kuvia
Mikko Sams
Kognitiivista aivotutkimusta
12
Magneettitalon koko neljännen kerroksen tilat ovat Laskennallisen tekniikan laboratorion Kognitiivisen tieteen ja teknologian tutkimusryhmän käytössä. Ryhmää vetää professori Mikko Sams. Uusi Magneettitalo avasi uusia mahdollisuuksia Samsin tutkimuksiin, mutta se toi myös uuden ongelman: koska koko Samsin tutkimusryhmä ei mahtunut uuteen tilaan, osa tutkijoista muutti muun Laskennallisen tekniikan laboratorion mukana Innopoli 2:een. ”Saimme niin hyvät laboratoriotilat, ettemme voineet olla menemättä. Mutta en halua missään nimessä eristäytyä nyt muista Laskennallisen tekniikan laboratorion tutkijoista. Meillä on hyvä porukka, ja synergiaa pitää pyrkiä luomaan ja kehittämään koko ajan”, Sams toteaa. Samsin ryhmä tutkii ihmisen kognitiivisia toimintoja, siis korkeimpia henkisiä toimintoja, kuten puheen havaitsemista ja tuottamista, tarkkaavaisuutta ja yleensä aisti-informaation käsittelyä. Keskeisenä tutkimusalueena on se, miten aivot yhdistävät eri aisteilta tulevan informaation. Samsista ja hänen tutkimuksistaan on kerrottu aikaisemmin Sisäpiirin numerossa 2/1998.
”Kun nähdään, kuullaan, haistetaan ja maistetaan – ja kosketellaan erilaisia asioita – niin miten aivot sitten muodostavat koherentin kokonaisvaltaisen representaation, objektirepresentaation, jossa nämä eri modaliteetit liitetään sujuvasti toisiinsa? Ihminen ei havaitse ärsykepiirteitä, vaan hän havaitsee objekteja. Ja ne ovat luonteeltaan monidimensionaalisia ja moniaistisia”, Sams havainnollistaa. Samanaikaisia MRI- ja EEG-mittauksia ”Meillä on siellä ylhäällä kaksi psykofysiikan laboratoriota sekä RF-suojattu huone, jossa voidaan mitata 64-kanavaista EEG:tä. Lisäksi siellä on hieman muutakin hyvin akustoitua laboratoriotilaa, jossa voidaan esimerkiksi valmistaa tutkimuksissa tarvittavia ärsykemateriaaleja”, Sams esittelee. ”Ja alakerran magneettikuvauslaitteen yhteydessä on toinen samanlainen EEG-laite, jolla voidaan mitata EEG:tä myös magneettikuvausten aikana.” ”MRI- ja EEG-mittaukset täydentävät synergisesti toisiaan: MRI:llä on erinomainen paikkaresoluutio mutta heikko aika-
”MRI:llä saadaan ensiluokkaisia anatomisia kuvia eri rakenteista, esimerkiksi juuri aivoista”, Sams kertoo. ”Sillä pystytään tekemään myös dynaamista ja toiminnallista kuvantamista, joten me voimme tutkia sillä aivotoimintoihin liittyviä verivolyymin muutoksia.” Verivolyymin muutokset korreloivat hermotoiminnan kanssa, eli siellä, missä on hermotoimintaa, tapahtuu myös verenkierron muutoksia. MRI sopii toiminnalliseen aivotutkimukseen erityisen hyvin siksi, että signaalia tuottaa kaksi toisiaan vahvistavaa mekanismia. Kun aivoalue aktivoituu, sinne tulee lisää verta, eli myös lisää protoneja. Mutta lisäksi tämä uusi veri on hapettunutta verta, ja nyt sattuu olemaan niin, että hapettuneesta verestä tulee enemmän signaalia kuin hapettomasta verestä. Itse kuvaus etenee niin, että juuri ennen kuvausta aivoja stimuloidaan jollakin ulkoisella aistiärsykkeellä. Sitten vertailukuvaksi otetaan ns. lepoavaiheen kuva ilman stimulaatiota – ja nämä kaksi kuvaa vähennetään toisistaan, jolloin saadaan eräänlainen kartta siitä alueesta, jonka stimulaatio aktivoi. Koska muutokset ovat hyvin pieniä, stimulointi- ja lepojaksoja toistetaan yleensä vuorotellen useita kertoja, jolloin aktivoituva alue saadaan määriteltyä tilastollisin menetelmin hyvin luotettavasti. Koska MRI:llä tehdyn funktionaalisen kuvantamisen paikkaresoluutio on hyvin tarkka, sillä nähdään muutaman millimetrin tarkkuudella, mikä osa aivoista aktivoituu. Mutta koska verenkierron muutokset tapahtuvat varsin hitaasti, muutamassa sekunnissa, menetelmän aikaresoluutio on huono.